2023-93010 Ｘ線回折測定装置及び回折像検出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023093010

(43)【公開日】2023-07-04

(54)【発明の名称】Ｘ線回折測定装置及び回折像検出方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 23/205 20180101AFI20230627BHJP

   G01N 23/2055 20180101ALI20230627BHJP

【ＦＩ】

G01N23/205

G01N23/2055 310

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021208386

(22)【出願日】2021-12-22

(71)【出願人】

【識別番号】000112004

【氏名又は名称】パルステック工業株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】504157024

【氏名又は名称】国立大学法人東北大学

(72)【発明者】

【氏名】田中 俊一郎

(72)【発明者】

【氏名】内山 宗久

(72)【発明者】

【氏名】丸山 洋一

【テーマコード（参考）】

2G001

【Ｆターム（参考）】

2G001AA01

2G001BA18

2G001BA19

2G001BA22

2G001CA01

2G001DA09

2G001JA02

2G001JA08

2G001KA08

2G001PA12

2G001SA29

(57)【要約】

【課題】 測定対象物が多結晶状態と単結晶状態が混在する結晶状態であっても、測定対象物の特性値を精度よく測定することができるＸ線回折測定装置を提供する。
【解決手段】
Ｘ線管１０における電子を加速するための電圧である管電圧、並びにＸ線管１０から出射されるＸ線の出射時間又はＸ線管１０における該電子の量である管電流を設定する入力装置９２及びコントローラ９１と、検出した回折像を、回折像のそれぞれの箇所に回折Ｘ線の強度を視覚的に確認できる処置をしたうえで表示するコントローラ９１及び表示装置９３とを備え、Ｘ線回折測定装置１からＸ線管１０の取外しと装着が可能になっている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象とする測定対象物に向けてＸ線を出射するＸ線出射手段であって、ターゲットに加速した電子を当てることでＸ線を発生させるＸ線管を含むＸ線出射手段と、
前記Ｘ線出射手段により前記測定対象物に向けてＸ線が照射された際、前記測定対象物にて発生した回折Ｘ線を、前記Ｘ線出射手段により出射されるＸ線の光軸に対して垂直に交差する撮像面にて受光し、前記撮像面に前記回折Ｘ線による回折像を撮像するとともに、撮像した回折像を検出する回折像検出手段とを備えたＸ線回折測定装置において、
前記電子を加速するための電圧である管電圧、並びに前記Ｘ線出射手段から出射されるＸ線の出射時間又は前記電子の量である管電流を設定するＸ線出射条件設定手段と、
前記回折像検出手段にて検出した回折像を、回折像のそれぞれの箇所に回折Ｘ線の強度を視覚的に確認できる処置をしたうえで表示する回折像表示手段とを備え、
前記Ｘ線出射手段は、前記Ｘ線管の取外しと装着が可能になっていることを特徴とするＸ線回折測定装置。

【請求項2】

請求項１に記載のＸ線回折測定装置において、
前記測定対象物の材質における結晶状態と回折像との関係が予め記憶されている記憶手段と、
前記回折像検出手段が検出した回折像と前記記憶手段に記憶されている関係とを用いて、前記測定対象物の結晶状態が、完全な単結晶状態、完全な多結晶状態、及び単結晶状態と多結晶状態が混在し、それぞれの状態の割合により分類された複数の状態のいずれに該当する状態であるか判定する結晶状態判定手段とを備えたことを特徴とするＸ線回折測定装置。

【請求項3】

請求項２に記載のＸ線回折測定装置において、
前記回折像検出手段により検出された回折像から演算する特性値を予め設定しておく特性値設定手段と、
前記特性値設定手段に設定されるそれぞれの特性値が演算可能である結晶状態が予め定められ、前記結晶状態判定手段により判定された結晶状態が、前記特性値設定手段に設定された特性値が演算可能な結晶状態であるとき、前記回折像検出手段により検出された回折像から、前記特性値設定手段に設定された特性値を演算する演算手段とを備えたことを特徴とするＸ線回折測定装置。

【請求項4】

請求項３に記載のＸ線回折測定装置において、
前記結晶状態判定手段により判定された結晶状態が、前記特性値設定手段に設定された特性値が演算不可能な結晶状態であるとき、測定不可能を示すとともに、前記Ｘ線出射条件設定手段が設定すべきＸ線出射条件として、前記設定された特性値が属する結晶状態が多結晶状態であるときは、前記Ｘ線管の特性より定まる最大の管電圧を、前記設定された特性値が属する結晶状態が単結晶状態であるときは、前記Ｘ線管のターゲットから定まる励起電圧及び前記測定対象物の材質から定まる単結晶状態による回折像が発生する最小の管電圧を示す推奨設定値表示手段を備えたことを特徴とするＸ線回折測定装置。

【請求項5】

請求項１に記載のＸ線回折測定装置を用いた回折像検出方法において、
前記Ｘ線出射条件設定手段により設定する前記管電圧を、検出された回折像から演算する特性値が多結晶状態に属する特性値であるときは、前記Ｘ線管のターゲットから定まる励起電圧を超える値にし、検出された回折像から演算する特性値が単結晶状態に属する特性値であるときは、前記Ｘ線管のターゲットから定まる励起電圧未満の値にし、
前記Ｘ線出射手段により前記測定対象物にＸ線を照射し、前記回折像検出手段により回折像を検出することを特徴とする回折像検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測定対象物にＸ線を照射し、測定対象物で回折したＸ線により回折像を検出するＸ線回折測定装置及び回折像検出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、測定対象物にＸ線を照射して、測定対象物で回折したＸ線（以下、回折Ｘ線という）を撮像面にて受光して回折像を撮像し、撮像された回折像を用いて演算処理を行うことで測定対象物の特性を測定するＸ線回折測定装置が知られている。このようなＸ線回折測定装置において、回折Ｘ線を測定対象物に照射するＸ線（以下、出射Ｘ線という）の光軸に垂直な撮像面にて受光し、回折像を撮像する装置がある。そして、撮像される回折像は、測定対象物の結晶状態により異なるため、それらの装置は測定対象物の結晶状態が多結晶状態又は単結晶状態のいずれか一方であることを前提にして装置が構成されている。

【0003】

例えば、多結晶状態の測定対象物にＸ線を照射し、回折Ｘ線による回折像として回折環（デバイ環）の像を撮像するＸ線回折測定装置として、特許文献１及び特許文献２に示されている装置がある。この装置は、Ｘ線出射器、イメージングプレート等の回折像撮像手段、レーザ検出装置及びレーザ走査機構等の回折像読取手段、及びＬＥＤ照射器等の回折像消去手段等を１つの筐体内に備えている。そして、回折像撮像手段で回折像を撮像し、回折像読取手段により回折環を検出し、コンピュータ装置により検出した回折環を用いた演算処理により、測定対象物の残留応力等の特性値を測定している。また、例えば、単結晶状態の測定対象物にＸ線を照射し、回折Ｘ線による回折像としてラウエ斑点像を撮像するＸ線回折測定装置として、特許文献３に示されている装置がある。この装置は、Ｘ線管、蛍光板等の回折像撮像手段、及び蛍光板の発する蛍光から回折像を検出するＣＣＤ等の回折像読取手段を１つの筐体内に備えている。そして、コンピュータ装置により検出したラウエ斑点像の斑点の位置を用いた演算処理を行い、測定対象物表面の結晶面の種類及び結晶方位を測定している。いずれの装置も、測定対象物の結晶状態が多結晶状態又は単結晶状態であることを前提にした装置構成になっており、測定対象物の特性を精度よく測定することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第５８３５１９１号公報

【特許文献2】特許第６９２４３４８号公報

【特許文献3】特許第４５８９８８２号公報

【0005】

本願発明者は、特許文献１のＸ線回折測定装置を用いて単結晶状態の測定対象物にＸ線を照射して回折像を撮像したところ、ラウエ斑点像が撮像されることを確認した。よって、特許文献１及び特許文献２のＸ線回折測定装置に接続されているコンピュータ装置に、ラウエ斑点像から結晶面の種類及び結晶方位を測定する演算機能を付加すれば、特許文献１及び特許文献２のＸ線回折測定装置は、多結晶状態の測定対象物でも単結晶状態の測定対象物でもそれぞれ特性値を測定することができる。

【0006】

しかしながら、本願発明者は、特許文献１のＸ線回折測定装置を用いて様々な測定対象物の回折像を撮像した結果、測定対象物の結晶状態には完全な多結晶状態と完全な単結晶状態の他に、多結晶状態と単結晶状態が混在する結晶状態で、それぞれの結晶状態の割合が異なる様々な結晶状態があり、その状態により異なる回折像が得られることを確認した。具体的には、多結晶状態による回折像である回折環（デバイ環）の像と、単結晶状態による回折像であるラウエ斑点像とが混在する回折像が、それぞれの状態の割合により異なる形で得られることを確認した。撮像された回折像がそのような回折像であった場合、測定対象物の特性値を算出するには、多結晶状態による回折像又は単結晶状態による回折像のどちらか演算に必要な回折像を抽出したうえで演算処理を行う必要があるが、現在のＸ線回折測定装置は、完全な多結晶状態又は完全な単結晶状態であることを前提にして装置が構成されているため、特性値を算出することが困難であるという問題がある。

【0007】

本発明はこの問題を解消するためなされたもので、その目的は、測定対象物にＸ線を照射し、測定対象物で回折したＸ線により回折像を検出するＸ線回折測定装置において、測定対象物が多結晶状態と単結晶状態が混在する結晶状態であっても、測定対象物の特性値を精度よく測定することができるＸ線回折測定装置を提供することにある。また、測定対象物にＸ線を照射し回折したＸ線により回折像を検出する回折像検出方法において、測定対象物が多結晶状態と単結晶状態が混在する結晶状態であっても、測定対象物の特性値を精度よく測定することができる回折像検出方法を提供することにある。

【0008】

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、対象とする測定対象物に向けてＸ線を出射するＸ線出射手段であって、ターゲットに加速した電子を当てることでＸ線を発生させるＸ線管を含むＸ線出射手段と、Ｘ線出射手段により測定対象物に向けてＸ線が照射された際、測定対象物にて発生した回折Ｘ線を、Ｘ線出射手段により出射されるＸ線の光軸に対して垂直に交差する撮像面にて受光し、撮像面に回折Ｘ線による回折像を撮像するとともに、撮像した回折像を検出する回折像検出手段とを備えたＸ線回折測定装置において、電子を加速するための電圧である管電圧、並びにＸ線出射手段から出射されるＸ線の出射時間又は電子の量である管電流を設定するＸ線出射条件設定手段と、回折像検出手段にて検出した回折像を、回折像のそれぞれの箇所に回折Ｘ線の強度を視覚的に確認できる処置をしたうえで表示する回折像表示手段とを備え、Ｘ線出射手段は、Ｘ線管の取外しと装着が可能になっていることにある。

【0009】

これによれば、Ｘ線回折測定装置による測定の結果、回折像表示手段に表示された回折像が多結晶状態による回折像と単結晶状態による回折像とが混在する回折像であっても、Ｘ線出射条件設定手段によりＸ線の出射条件を変更することで、多結晶状態による回折像又は単結晶状態による回折像の一方の回折像の強度が相対的に強くなるようにして、再度回折像の撮像と検出を行うことができる。これにより、演算に必要な回折像を抽出したうえで演算処理を行うことができるようになるので、測定対象物の特性値を精度よく測定することができる。詳細に説明すると、Ｘ線管が出射するＸ線を波長と強度の関係曲線（以下、Ｘ線スペクトルという）で見ると、特定の波長のみに強度のピークを有する特性Ｘ線と強度が連続的に変化する連続Ｘ線からなるが、Ｘ線管の管電圧を変化させると特性Ｘ線の強度は連続Ｘ線の強度より大きく変化する。また、Ｘ線管の管電圧を励起電圧以下にすると特性Ｘ線は発生せず、連続Ｘ線のみのＸ線スペクトルになる。そして、多結晶状態による回折像は特性Ｘ線による回折像であり、単結晶状態による回折像は連続Ｘ線による回折像である。よって、管電圧を大きくしてＸ線照射時間又は管電流を小さくすると多結晶状態による回折像の強度が相対的に強くなり、管電圧を小さくしてＸ線照射時間又は管電流を大きくすると、単結晶状態による回折像の強度が相対的に強くなる。また、管電圧を励起電圧以下にすると、単結晶状態による回折像のみになる。励起電圧とは管電圧を上げていったときＸ線スペクトルに特性Ｘ線が発生し始める電圧であり、言い換えると、管電圧を下げていったときＸ線スペクトルに特性Ｘ線がなくなる最大の電圧である。この励起電圧はＸ線管のターゲットの材質により定まる。よって、多結晶状態による回折像又は単結晶状態による回折像のいずれか、演算に必要な回折像を強くなるようにして再度回折像の撮像と検出を行うことができ、強度が強い回折像を抽出することで測定対象物の特性値を精度よく測定することができる。なお、測定対象物の材質によっては、単結晶状態による回折像が発生する最小の管電圧が励起電圧以上の電圧である場合があり、この場合は、管電圧を小さくする限度は該最小の管電圧にする必要がある。

【0010】

また、これによれば、Ｘ線出射手段はＸ線管の取外しと装着が可能になっているので、Ｘ線出射手段に取付けられるＸ線管として様々なターゲットのＸ線管を選択して装着することができる。すなわち、Ｘ線管が出射するＸ線において、同じ管電圧でも、特性Ｘ線の強度が強いターゲットのＸ線管、或いは特性Ｘ線の強度が弱い（又はなくなる）ターゲットのＸ線管を選択して装着することができる。また、測定対象物の材質にとって、適切な特性Ｘ線が発生するターゲットのＸ線管を選択して装着することができる。適切な特性Ｘ線とは、多結晶状態による回折像の強度を相対的に強くしたいときは、特性Ｘ線の波長と強度が、撮像面の適切な位置に多結晶状態による回折像を強く発生させる特性Ｘ線であり、単結晶状態による回折像の強度を相対的に強くしたいときは、特性Ｘ線の波長と強度が、多結晶状態による回折像が撮像面に発生しない（又は弱い）特性Ｘ線である。これにより、多結晶状態による回折像が相対的に強くなるようにすることや、単結晶状態による回折像が相対的に強くなるように（又は単結晶状態による回折像のみに）することができる。これにより、Ｘ線出射条件の変更と合わせれば、演算に必要な回折像がさらに強くなるようにして再度回折像の撮像と検出を行うことができる。

【0011】

また、本発明の他の特徴は、測定対象物の材質における結晶状態と回折像との関係が予め記憶されている記憶手段と、回折像検出手段が検出した回折像と記憶手段に記憶されている関係とを用いて、測定対象物の結晶状態が、完全な単結晶状態、完全な多結晶状態、及び単結晶状態と多結晶状態が混在し、それぞれの状態の割合により分類された複数の状態のいずれに該当する状態であるか判定する結晶状態判定手段とを備えたことにある。

【0012】

これによれば、作業者が表示手段に表示された回折像を確認せずとも、作業者が結晶状態判定手段による判定結果を見れば測定対象物の結晶状態を把握することができ、その結晶状態から測定対象物の特性値の演算がそのまま実施可能か、Ｘ線出射条件を変更して再度回折像の撮像を行う必要があるかを決定することができる。

【0013】

また、本発明の他の特徴は、回折像検出手段により検出された回折像から演算する特性値を予め設定しておく特性値設定手段と、特性値設定手段に設定されるそれぞれの特性値が演算可能である結晶状態が予め定められ、結晶状態判定手段により判定された結晶状態が、特性値設定手段に設定された特性値が演算可能な結晶状態であるとき、回折像検出手段により検出された回折像から、特性値設定手段に設定された特性値を演算する演算手段とを備えたことにある。

【0014】

これによれば、結晶状態判定手段により判定された結晶状態が完全な多結晶状態、完全な単結晶状態又はそれらに近い状態であれば、最初に演算する特性値を設定しておき、その特性値が属する結晶状態が測定対象物の結晶状態に合致しているときは、結晶状態の判定からそのまま特性値の演算を行うことができるので、作業者が余計な判断をする必要をなくすことができる。特に、測定対象物の結晶状態が完全な多結晶状態又は完全な単結晶状態のいずれかである可能性が高いときは、この特徴点は有効である。なお、多結晶状態に属する特性値には、残留応力、表面硬さ及び結晶の配列構造の割合等があり、単結晶状態に属する特性値には、結晶面の種類、及び定義した方向（測定対象物の測定面の法線方向等）に対する結晶方位等がある。

【0015】

また、本発明の他の特徴は、結晶状態判定手段により判定された結晶状態が、特性値設定手段に設定された特性値が演算不可能な結晶状態であるとき、測定不可能を示すとともに、Ｘ線出射条件設定手段が設定すべきＸ線出射条件として、設定された特性値が属する結晶状態が多結晶状態であるときは、Ｘ線管の特性より定まる最大の管電圧を、設定された特性値が属する結晶状態が単結晶状態であるときは、Ｘ線管のターゲットから定まる励起電圧及び測定対象物の材質から定まる単結晶状態による回折像が発生する最小の管電圧を示す推奨設定値表示手段を備えたことにある。

【0016】

これによれば、測定の結果、測定不可能であったときは、推奨設定値表示手段が示した管電圧及び励起電圧を基にＸ線出射条件を変更し、演算に必要な回折像を強くなるようにして再度回折像の撮像と検出を行うことができるので、検出された結晶状態や表示された回折像からＸ線出射条件を変更するよりも効率よく変更を行うことができる。よって、測定対象物の結晶状態が不確かな場合が多いときは、より効率よく測定を行うことができる。

【0017】

また、本発明はＸ線回折測定装置としての発明のみならず、Ｘ線出射条件設定手段及び回折像表示手段を備え、Ｘ線出射手段がＸ線管の取外しと装着が可能になっているＸ線回折測定装置を用いた、回折環検出方法としての発明としても実施し得るものである。該回折環検出方法としての発明の特徴は、Ｘ線出射条件設定手段により設定する管電圧を、検出された回折像から演算する特性値が多結晶状態に属する特性値であるときは、Ｘ線管のターゲットから定まる励起電圧を超える値にし、検出された回折像から演算する特性値が単結晶状態に属する特性値であるときは、Ｘ線管のターゲットから定まる励起電圧未満の値にし、Ｘ線出射手段により測定対象物にＸ線を照射し、回折像検出手段により回折像を検出するようにしたことにある。

【0018】

これによれば、測定対象物の結晶状態によらず、単結晶状態に属する特性値を測定するときは、なるべく励起電圧の高いターゲットのＸ線管を装着し、励起電圧未満の管電圧でＸ線を出射すれば、連続Ｘ線のみの（特性Ｘ線がない）Ｘ線を出射することができるので、単結晶状態による回折像のみを検出することができる。また、測定対象物の結晶状態によらず、多結晶状態に属する特性値を測定するときは、なるべく励起電圧が小さく、測定対象物の材質にとって撮像面の適切な箇所に多結晶状態による回折像が撮像されるターゲットのＸ線管を装着し、励起電圧を十分超える管電圧でＸ線を出射すれば、多結晶状態による回折像を強い強度で検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施形態に係るＸ線回折測定装置を含むＸ線回折測定システムを示す全体概略図である。

【図2】図１のＸ線回折測定装置の拡大図である。

【図3】図２のＸ線回折測定装置におけるＸ線出射機構部分を拡大して示す部分断面図である。

【図4】測定対象物がとりえる結晶状態を、完全な多結晶状態から完全な単結晶状態まで連続的に示し、図１のコントローラが判定する結晶状態で分類した図である。

【図5】測定の際、図１のコントローラが実行するプログラムのフロー図である。

【図6】それぞれの結晶状態のときに撮像される回折像を示した図である。

【図7】Ｘ線管の管電圧を変化させたときの出射Ｘ線のスペクトル変化を示した図である（「Ｘ線構造解析」著者；早稲田嘉夫、松原英一郎、出版社；内田老確圃の図１．３を引用）。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本発明の一実施形態に係るＸ線回折測定装置を含むＸ線回折測定システムの構成について図１乃至図３を用いて説明する。なお、本発明の特徴点は、大部分がＸ線回折測定システムのコンピュータ装置９０にインストールされたプログラム及び記憶された情報にあり、Ｘ線回折測定システムの構造及びそれぞれの機構や回路の機能は殆どが、先行技術文献の特許文献１又は特許文献２に示されているＸ線回折測定システムと同じである。よって、特許文献１又は特許文献２に示されているＸ線回折測定システムと構造及び機能が同じ箇所は、同じであることを述べて簡略的に説明するにとどめ、異なっている箇所のみ詳細に説明する。

【0021】

図１及び図２に示すように、このＸ線回折測定システムは、Ｘ線回折測定装置１、コンピュータ装置９０、高電圧電源９５、及び対象物セット装置６から構成される。そして、対象物セット装置６に測定対象物ＯＢをセットし、Ｘ線回折測定装置１からＸ線を測定対象物ＯＢに照射して回折像を撮像して検出し、コンピュータ装置９０にて検出した回折像のデータを演算処理することで、測定対象物ＯＢの特性値を算出する。対象物セット装置６にセットされる測定対象物ＯＢは様々な材質と結晶状態のものがあり、測定する特性値には多結晶状態による特性値と単結晶状態による特性値がある。なお、本実施形態においては、コンピュータ装置９０には残留応力以外の特性値を測定するように設定がされているとし、図１及び図２に示すように、Ｘ線回折測定装置１が出射するＸ線は測定対象物ＯＢの表面に垂直に照射されるようにＸ線回折測定装置１の姿勢が調整されている。

【0022】

Ｘ線回折測定装置１は筐体５０内に、Ｘ線管１０、イメージングプレート１５を取り付けるテーブル１６、テーブル１６を回転及び移動させるテーブル駆動機構２０及び回折環を検出するレーザ検出装置３０等を備えている。そして、Ｘ線回折測定装置１は筐体５０内に、Ｘ線管１０、テーブル駆動機構２０及びレーザ検出装置３０に接続され、それらの作動を制御したり、検出信号を入力したりするための各種回路も内蔵されており、図１において筐体５０外に示された２点鎖線で囲われた各種回路は、筐体５０内の２点鎖線内に納められている。そして、これらの各種回路はコンピュータ装置９０のコントローラ９１に接続され、コントローラ９１から入力する指令により作動する。Ｘ線回折測定装置１のこの構成は特許文献１及び特許文献２のＸ線回折測定システムと同じである。

【0023】

コンピュータ装置９０はキーボード等の入力装置９２及び液晶画面等の表示装置９３を有し、コントローラ９１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、大容量記憶装置などを備えたマイクロコンピュータを主要部とした電子制御装置である。コントローラ９１は入力装置９２からの入力及びインスト－ルされているプログラムの作動により、上述した各種回路に指令を出力し、また該各種回路が出力したデータを入力してメモリに記憶する。そして、入力したデータを用いて演算を行い、測定対象物ＯＢの特性値を算出し、その算出結果を表示装置９３に表示する。また、コントローラ９１は、入力装置９２から入力した測定条件やＸ線回折測定システムの作動状況、及び回折像の強度分布図（回折Ｘ線の強度により色と濃淡を変えた図）等を表示装置９３に表示する。コンピュータ装置９０の構成及び機能は、特許文献１及び特許文献２に示されているＸ線回折測定システムと同じである。

【0024】

また、Ｘ線回折測定システムは高電圧電源９５を備え、高電圧電源９５はＸ線管１０がＸ線を出射するための電圧及び電流をＸ線管１０に出力する。Ｘ線管１０は、加速した電子をターゲットに衝突させることでＸ線を出射するものであり、高電圧電源９５が出力する電圧は高電圧であって、電子を加速させるための電圧である。また、高電圧電源９５が出力する電流は加速させる電子の量に相当する電流である。この電圧と電流は様々な呼び方があるが、本実施形態では管電圧及び管電流という。高電圧電源９５は、後述するＸ線制御回路７１から作動と停止の信号がＸ線管１０に入力するのに応答して、管電圧と管電流の出力と停止を行う。また、Ｘ線制御回路７１は管電圧の大きさと管電流の大きさを意味する信号も出力し、高電圧電源９５が出力する管電圧と管電流は、Ｘ線制御回路７１が出力する信号により設定される。上述したように、Ｘ線回折測定装置１の筐体５０内の各種回路はコントローラ９１から入力する指令により作動するため、高電圧電源９５の管電圧の出力と停止（すなわち、Ｘ線照射時間）及び管電圧と管電流の大きさの設定は、コントローラ９１の指令により行われる。

【0025】

また、Ｘ線回折測定システムは対象物セット装置６を備える。対象物セット装置６の構造及び機能は特許文献１及び特許文献２のＸ線回折測定システムと同じであり、ステージＳｔ及びそこに載置された測定対象物ＯＢの位置と姿勢を調整する。対象物セット装置６は、設置プレート６２の上に高さ調整機構６３、操作子６３ａ及び第１プレート６４からなるＺ軸方向移動機能があり、その上に第２プレート６５及び操作子６５ａからなるＸ軸周り傾斜角変更機能があり、その上に第３プレート６６及び操作子６６ａからなるＹ軸周り傾斜角変更機能があり、その上に第４プレート６７及び操作子６７ａからなるＸ軸方向移動機能があり、その上に第５プレート６８、操作子６８ａ及びステージＳｔからなるＹ軸方向移動機能がある。そして、操作子６３ａ，６５ａ，６６ａ，６７ａ，６８ａを回転させることで、ステージＳｔ及びそこに載置された測定対象物ＯＢの位置と姿勢を調整する。これにより、Ｘ線回折測定装置１が出射するＸ線の測定対象物ＯＢにおける照射位置及び照射方向を調整することができる。なお、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の各方向は、図２に示された座標軸の方向である。

【0026】

図２に示すように、Ｘ線回折測定装置１の筐体５０は、底面壁５０ａ、前面壁５０ｂ、後面壁５０ｅ、上面壁５０ｆ、側面壁（図示せず）、底面壁５０ａと前面壁５０ｂの角部を紙面の表側から裏側に向けて切り欠くように設けた切欠き部壁５０ｃと繋ぎ壁５０ｄ及び後面壁５０ｅと上面壁５０ｆの角部をなくすように設けた傾斜壁５０ｇを有するように形成されている。切欠き部壁５０ｃは底面壁５０ａに対し所定の角度を成す平板と底面壁５０ａにほぼ平行な平板とからなり、繋ぎ壁５０ｄは側面壁と垂直であり前面壁５０ｂと所定の角度を有している。筐体５０の構造は特許文献２に示されているＸ線回折測定装置と同じである。

【0027】

Ｘ線回折測定装置１の筐体５０は図２の奥側の側面壁で支持ロッド３に固定され、支持ロッド３は設置プレート２に固定されており、設置プレート２を作業台等に載置することで、Ｘ線回折測定装置１は位置と姿勢が固定される。支持ロッド３の筐体５０の固定部分はＸ軸周りとＹ軸周りに回転角を変更することが可能な構造になっており、この回転角を変更することで、Ｘ線回折測定装置１の筐体５０は姿勢を変更することができる。別の言い方をすると、Ｘ線回折測定装置１が出射するＸ線の測定対象物ＯＢに対する照射方向を変更することができる。

【0028】

Ｘ線回折測定装置１の筐体５０内の構造は、大部分が特許文献２に示されているＸ線回折測定装置と同じである。Ｘ線管１０は、その側面がテーブル駆動機構２０の板状プレート２６に形成された円柱側面の一部の形状になっている溝に嵌合して固定され、高電圧電源９５から電圧が入力されると、側面にある出射口１１からＸ線を図２の下方向に出射する。図３に示すように、板状プレート２６において出射口１１と合わさる箇所には貫通孔２６ａがあり、出射したＸ線は貫通孔２６ａを通過して下方向に進む。

【0029】

なお、Ｘ線回折測定装置１の筐体５０の上面壁５０ｆ、傾斜壁５０ｇ及び側面壁の一部を取外すと、板状プレート２６にあるＸ線管１０の固定具を取り外してＸ線管１０を別のＸ線管１０に取り換えることができる。これにより、Ｘ線管１０内にある加速した電子を衝突させることでＸ線を発生させるターゲットを変更することができ、Ｘ線管１０が出射するＸ線のスペクトルを変化させることができる。それぞれのターゲットにおけるＸ線スペクトル、特性Ｘ線の波長及び励起電圧は予めコントローラ９１のメモリに記憶されており、必要に応じてそれらの特性を表示装置９３に表示させることができる。これにより作業者は、Ｘ線回折測定により測定する特性値、測定対象物ＯＢの材質及び結晶状態により、適切なターゲットのＸ線管１０に取り換えることができる。

【0030】

テーブル駆動機構２０は、Ｘ線管１０の下方にて移動ステージ２１を備え、移動ステージ２１の図２の奥側には凸部があり、この凸部はテーブル駆動機構２０における板状プレート２６に固定されたブロック１９とブロック２９に固定された板状のガイド２５に形成された溝に嵌合している。この溝はＸ線管１０の中心軸方向に平行な方向、別の表現では上面壁５０ｆ及び側面壁に平行な方向に形成されているため、移動ステージ２１はこの方向にのみ移動可能であり、ブロック１９に固定されたフィードモータ２２、スクリューロッド２３及びブロック２９に固定された軸受部２４が回転することにより移動する。フィードモータ２２は、フィードモータ制御回路７３から駆動信号を入力すると駆動するため、コントローラ９１の指令により移動ステージ２１はＸ線管１０の中心軸方向に移動する。

【0031】

フィードモータ２２には、エンコーダ２２ａが組み込まれており、エンコーダ２２ａはフィードモータ２２が回転するとパルス列信号を図１に示す位置検出回路７２及びフィードモータ制御回路７３へ出力する。このパルス列信号の単位時間当たりのパルス数は、フィードモータ２２の回転速度に比例し、またパルス数の積算値は移動距離に比例するので、フィードモータ制御回路７３は、入力したパルス列信号により移動速度を制御し、位置検出回路７２は入力したパルス列信号により原点位置からの移動距離である移動位置を算出する。これにより、移動ステージ２１をコントローラ９１が指令した方向へ指令した速度で移動させ、また、コントローラ９１が指令した移動位置へ移動させることができる。これは、移動ステージ２１と一体になっているスピンドルモータ２７、テーブル１６及びイメージングプレート１５等においても同様である。

【0032】

コントローラ９１の指令により移動ステージ２１が図２及び図３の移動位置になっていると、Ｘ線管１０の出射口１１から出射され貫通孔２６ａを通過したＸ線は、回転プレート４５に当たるが、回転プレート４５はモータ４６の出力軸４６ａに接続されており、モータ４６の回転により位置を変えるので、回転プレート４５をＸ線の進行方向にないようにすることができる。その状態であれば、貫通孔２６ａを通過したＸ線は移動ステージ２１に形成された貫通孔２１ａに入射し、移動ステージ２１に固定されたスピンドルモータ２７に形成された貫通孔２７ｂの先端に固定されている通路部材２８の貫通孔２８ａを通過する。スピンドルモータ２７の出力軸２７ａには貫通孔２７ａ１が形成されており、貫通孔２７ｂは貫通孔２７ａ１と中心軸が合ったうえでつながっている。このため、貫通孔２８ａを通過したＸ線は、貫通孔２７ｂ、貫通孔２７ａ１を通過する。

【0033】

テーブル１６は円盤状であり、その中心軸に形成された貫通孔１６ａがスピンドルモータ２７の出力軸２７ａの貫通孔２７ａ１と位置が合うよう出力軸２７ａに固定されている。そして、テーブル１６は、中心軸周りに下面中央部から下方へ突出した突出部１７を有し、突出部１７の外周面には、ねじ山が形成されている。テーブル１６の下面に孔１５ａを突出部１７に嵌め込むようにイメージングプレート１５を取り付け、突出部１７の外周面上にナット状の固定具１８をねじ込むことにより、イメージングプレート１５はテーブル１６に固定される。突出部１７にも貫通孔２７ａ１、貫通孔１６ａと位置が合うよう貫通孔１７ａが形成されており、固定具１８には通路部材２８の貫通孔２８ａと同程度の径の貫通孔１８ａが形成されている。よって、貫通孔２７ｂ、貫通孔２７ａ１を通過したＸ線は、貫通孔１６ａ、貫通孔１７ａ及び貫通孔１８ａを通過し、略平行なＸ線となって、筐体５０の円形孔５０ｃ１に貼られた炭素繊維フィルムＣＦの中心孔Ｈから出射する。炭素繊維フィルムＣＦは、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）のようにＸ線透過率の高い材質でできたフィルムである。出射したＸ線は、測定対象物ＯＢに照射され、発生した回折Ｘ線は炭素繊維フィルムＣＦを通過してイメージングプレート１５で受光され、イメージングプレート１５には回折像が撮像される。移動ステージ２１を適切な位置にしたうえでＸ線管１０からＸ線を出射させ、イメージングプレート１５に回折像を撮像させる機能が、回折像撮像機能である。

【0034】

スピンドルモータ２７内にはエンコーダ２７ｃが組み込まれ、エンコーダ２７ｃは、パルス列信号を図１に示すスピンドルモータ制御回路７４と回転角度検出回路７５へ出力し、スピンドルモータ２７が１回転するごとにインデックス信号を、回転角度検出回路７５及びコントローラ９１に出力する。パルス列信号の単位時間当たりのパルス数は、スピンドルモータ２７の回転速度に比例し、またパルス数の積算値はインデックス信号が入力してからの回転角度に比例するので、スピンドルモータ制御回路７４は、入力したパルス列信号により回転速度を制御し、回転角度検出回路７５は、入力したパルス列信号により回転角度を算出する。これにより、スピンドルモータ２７をコントローラ９１が指令した速度で回転させ、また、コントローラ９１が指令した回転角度への回転させることができる。これは、スピンドルモータ２７と一体になっているテーブル１６及びイメージングプレート１５等においても同様である。なお、回折像撮像時は、スピンドルモータ２７の回転角度は０に調整されている。

【0035】

レーザ検出装置３０はレーザ検出制御回路７７により制御され、回折像を撮像したイメージングプレート１５にレーザ光を照射し、イメージングプレート１５で発光した光の強度から、レーザ光照射位置における回折Ｘ線の強度を検出する。コントローラ９１の指令により移動ステージ２１を適切な位置にし、設定した速度で移動させるとともにスピンドルモータ２７を設定した速度で回転させたとき、レーザ検出制御回路７７にはコントローラ９１から指令が入力し、レーザ検出制御回路７７はレーザ検出装置３０に対し、レーザ光出射、出射レーザ光の強度制御、レーザ光照射点のイメージングプレート１５への合焦制御、及びイメージングプレート１５での発光強度のコントローラ９１への出力といった制御を行う。レーザ検出制御回路７７の機能は、特許文献１と同じであるが、特許文献１では、レーザ検出制御回路７７を、上述した制御ごとにいくつかの回路に分割して示してある。コントローラ９１はレーザ検出制御回路７７に指令を出力した後、レーザ検出制御回路７７から入力する発光強度データを、位置検出回路７２と回転角度検出回路７５が出力する移動位置データ及び回転角度データと同じタイミングで取り込み、メモリに記憶していく。移動位置データは、移動位置の原点でのレーザ光照射位置から出射Ｘ線の光軸がイメージングプレート１５と交差する点までの距離を予め求めてコントローラ９１に記憶させておけば、該交差する点を原点にしたレーザ光照射位置である半径データにすることができる。これが回折像読取機能であり、回折像を読取る又は検出するとは、上述した３つのデータを同じタイミングで取り込んで記憶していくことである。

【0036】

また、図２に示すように、レーザ検出装置３０にはＬＥＤ光源４３が設けられており、ＬＥＤ光源４３は図１に示すＬＥＤ駆動回路８４から駆動信号が入力すると、可視光を発してイメージングプレート１５に撮像された回折像を消去する。回折像読取りがされた後、コントローラ９１の指令によりスピンドルモータ２７が回転を継続したまま移動ステージ２１が所定位置に戻り移動を再開したとき、ＬＥＤ駆動回路８４にコントローラ９１から指令が入力し、ＬＥＤ駆動回路８４はＬＥＤ光源４３が所定の強度の可視光を出射する駆動信号を出力する。これが回折像消去機能である。

【0037】

図３に示すように、移動ステージ２１は、板状プレート２６と対向する面にモータ４６を取り付けており、モータ４６は出力軸４６ａに楕円状の平板である回転プレート４５を取り付けている。回転プレート４５は、モータ４６の回転により回転プレート４５がストッパ４７ａに当たるまで回転すると、貫通孔２６ａ、２１ａの中心軸と回転プレート４５が交差する箇所が中心となるようにＬＥＤ光源４４を取り付けている。ＬＥＤ光源４４は、図１に示すＬＥＤ駆動回路８５から駆動信号が入力すると可視光を出射し、その可視光は前述した出射Ｘ線の光路と同様の光路で出射して測定対象物ＯＢに照射される。これにより、Ｘ線の照射点を可視光の照射点として把握することができる。また、回転プレート４５がストッパ４７ｂに当たるまで回転すると、貫通孔２６ａと貫通孔２１ａの間には何もなくなり、貫通孔２６ａを通過したＸ線は貫通孔２１ａに入射する。

【0038】

モータ４６は、図１に示すモータ制御回路８６からの駆動信号により右方向又は左方向に回転するようになっており、モータ制御回路８６は、コントローラ９１からの回転方向の指令が入力すると、モータ４６のエンコーダ４６ｂからのパルス列信号が入力しなくなるまで、入力した回転方向に回転するための駆動信号を出力する。モータ制御回路８６及びＬＥＤ駆動回路８５は、コントローラ９１からの指令により作動するので、回転プレート４５の回転位置及びＬＥＤ光源４４からの可視光照射は、コントローラ９１の指令より行われる。

【0039】

図１及び図２に示すように、筐体５０の切欠き部壁５０ｃにはカメラＣＡが取り付けられている。カメラＣＡは結像レンズ４８を取り付けた鏡筒と撮像器４９とから構成されたデジタルカメラであり、撮像器４９は、各撮像素子ごとの受光強度に相当する強度の信号をセンサ信号取出回路８８に出力し、センサ信号取出回路８８は、撮像器４９の各撮像素子ごとの信号強度に相当するデジタルデータをコントローラ９１に出力する。コントローラ９１は入力したデータを用いて、表示装置９３に撮影画像を表示するが、可視光の照射点（Ｘ線の照射点）からイメージングプレート１５までの距離（以下、照射点－撮像面間距離という）が基準距離であるとき、可視光の照射点が表示される箇所をクロス点とする十字マークを撮影画像とは独立して表示する。

【0040】

図２から分かるように、照射点－撮像面間距離が変化すると、可視光の照射点と結像レンズ４８の中心を結んだラインが撮像器４９と交差する点の位置は変化するため、照射点－撮像面間距離と撮影画像における可視光の照射点の位置は変化する。よって、撮影画像における可視光の照射点の位置が十字マークのクロス点に合致するよう、Ｘ線回折測定装置１の筐体５０に対する測定対象物ＯＢの位置を調整すれば、照射点－撮像面間距離を基準距離にすることができる。また、コントローラ９１のメモリには照射点－撮像面間距離と撮影画像における可視光の照射点位置との関係が記憶されているので、コントローラ９１は、撮影画像における可視光の照射点位置から照射点－撮像面間距離を算出して表示装置９３に表示させることができる。

【0041】

Ｘ線回折測定装置１の筐体５０の上面壁５０ｆは傾斜角センサ５１を取り付けており、傾斜角センサ５１は筐体５０の上面壁５０ｆ内の２軸方向における傾斜角、すなわち９０°からこれらの方向が重力方向と成す角度を減算した角度に相当する信号を出力する。傾斜角センサ５１は傾き検出回路５２を内蔵しており、傾き検出回路５２は２軸方向の傾きのデジタルデータをコントローラ９１に出力する。出射Ｘ線の光軸は上面壁５０ｆに垂直にされており、上面壁５０ｆ内の２軸方向が出射Ｘ線の光軸とイメージングプレート１５の回転角度０のラインとを含む平面（以下、基準平面という）に、平行及び垂直な方向であれば、傾斜角センサ５１が検出する傾斜角は、出射Ｘ線の光軸と重力方向とが成す角度及び基準平面と重力方向とが成す角度である。以下、この傾斜角をＸ軸周り傾斜角及びＹ軸周り傾斜角という。そして、測定対象物ＯＢの表面が傾斜角０になるよう（重力方向に垂直になるよう）調整すれば、Ｘ軸周り傾斜角及びＹ軸周り傾斜角をともに０にすることで、出射Ｘ線を測定対象物ＯＢに垂直に照射させることができる。なお、イメージングプレート１５の回転角度０のラインとは、回転角度検出回路７５が０を出力したときにレーザ検出装置３０からのレーザ光が照射されている位置であり、これは半径位置ごとにあるためラインである。

【0042】

コントローラ９１のメモリには、Ｘ線回折測定装置１内の各回路に指令を出力して、回折像撮像、回折像読取及び回折像消去を行うプログラム、Ｘ線回折測定装置１内の各回路に指令を出力して出射Ｘ線と同じ光軸の可視光を出射し、可視光の照射点付近をカメラＣＡにより撮像し撮影画像と照射点－撮像面間距離を表示装置９３に表示するプログラム、メモリに記憶された情報を用いて測定対象物ＯＢの結晶状態を判定するプログラム、及び検出された回折像から演算に必要な回折像を抽出するプログラム、及び抽出した回折像を用いて演算処理することで測定対象物ＯＢの特性値を算出するプログラム等、いくつかのプログラムがインストールされている。また、コントローラ９１のメモリには、測定対象物ＯＢの材質ごとの結晶状態と回折像との関係、測定対象物ＯＢの特性値を算出する際に使用するパラメータ値、Ｘ線管１０のターゲットの材質と測定対象物ＯＢの材質に対応させた特性Ｘ線による回折角、カメラＣＡの可視光照射点の位置と照射点－撮像面間距離の関係等が記憶されている。

【0043】

記憶されている測定対象物ＯＢの材質ごとの結晶状態と回折像との関係は、次のものである。１つ目は、Ｘ線管１０のターゲットと測定対象物ＯＢの材質に対応させた特性Ｘ線による回折角であり、これは測定対象物ＯＢの結晶状態が多結晶状態であるとき、この値と検出した照射点－撮像面間距離から回折環が撮像される理論上の半径位置を求めることができる。２つ目は、測定対象物ＯＢの材質と結晶面の種類に対応させた照射点－撮像面間距離が基準距離であるときのラウエ斑点の発生位置であり、これは測定対象物ＯＢの結晶状態が単結晶状態であるとき、このデータと検出した照射点－撮像面間距離からラウエ斑点の理論上の発生位置を求めることができる。３つ目は、測定対象物ＯＢの結晶状態ごとの、多結晶状態による回折像と単結晶状態による回折像のそれぞれの割合である。

【0044】

本実施形態では測定対象物ＯＢの結晶状態には図４に示すように７つの状態があり、それぞれにＰ，Ｐ’，Ｐｓ，ＰＳ，Ｓｐ，Ｓ’，Ｓの識別記号が割り当てられている。Ｐは完全な多結晶状態、Ｓは完全な単結晶状態であり、その間に、多結晶状態及び単結晶状態の割合により５つの状態がある。そして、それぞれの結晶状態において、多結晶状態による回折像と単結晶状態による回折像のそれぞれの割合の上限値又は下限値が記憶されており、測定対象物ＯＢの結晶状態を判定するプログラムは、検出された回折像を多結晶状態による回折像と単結晶状態による回折像に区分けし、それぞれの割合を算出して記憶されている関係に当てはめて結晶状態を判定する。この判定方法の詳細については後述する。

【0045】

このように構成されたＸ線回折測定システムを用いて、測定対象物ＯＢの特性値を測定する際の作業者の操作及びコントローラ９１にインストールされたプログラムの作動について説明する。まず作業者は、入力装置９２から測定する測定対象物ＯＢの特性値、測定対象物ＯＢの材質、Ｘ線管１０のターゲット、Ｘ線管１０の管電圧、管電流及びＸ線照射時間を入力する。これらは、表示装置９３に現在の設定が表示されているので、変更したい設定のみを入力すればよく、変更の必要がなければ入力は不要である。また、測定対象物ＯＢの結晶状態が単結晶状態で（１００）、（１１１）といった結晶面の種類が分かっている場合は、結晶面の種類も入力する。また、測定対象物ＯＢの結晶状態を判定するのみの場合や、測定対象物ＯＢの結晶状態を判定したうえで測定する特性値を決めたい場合は、測定する特性値は設定なしにする。なお、上述したように、本実施形態では測定対象物ＯＢに垂直にＸ線を照射するので、測定する特性値は残留応力以外の特性値か設定なしである。また、本実施形態では装着されているＸ線管１０のターゲットと設定されている管電圧は、測定対象物ＯＢが多結晶状態であるときは多結晶状態による回折像（回折環の像）を、単結晶状態であるときは単結晶状態による回折像（ラウエ斑点像）を適切な強度で撮像できるものである。例えば、クロムのターゲットで３０ｋＶの管電圧である。

【0046】

次に作業者は、測定対象物ＯＢの表面がステージＳｔの表面と平行である場合（測定対象物ＯＢの表面が平面で厚さが均一の場合）は、水準器を用いてステージＳｔの表面が水平になるよう対象物セット装置６の操作子６５ａ及び６６ａにより姿勢を調整する。これは、以前に同じ調整がされ、操作子６５ａ及び６６ａが動かされていなければスキップしてもよい。なお、測定対象物ＯＢの表面がステージＳｔの表面と平行でない場合は、測定対象物ＯＢの表面を水準器を用いて水平にするか、それが不可能なときは次の調整において別の調整を行う。

【0047】

次に作業者は、入力装置９２から「位置・姿勢調整」の指令を入力する。これにより、コントローラ９１からの指令がＸ線回折測定装置１内の各回路に出力され、回転プレート４５は、図２及び図３の状態になって、ＬＥＤ光源４４から可視光が出射され、測定対象物ＯＢには可視光の照射点が生じる。また、カメラＣＡによる撮影が開始され、表示装置９３には撮影画像が表示される。作業者は、Ｘ線回折測定装置１の姿勢及び対象物セット装置６のステージＳｔの位置と高さを調整し、撮影画像における可視光の照射点が十字マークのクロス点付近になるようにし、傾斜角センサ５１が検出するＸ軸周り傾斜角、Ｙ軸周り傾斜角をともに０にする。これでＸ線回折測定装置１からの出射Ｘ線は測定対象物ＯＢに垂直に照射され、照射点－撮像面間距離は基準値付近になる。

【0048】

なお、測定対象物ＯＢの表面がステージＳｔの表面と平行でなく、測定対象物ＯＢの表面を水平にすることができない場合は、傾斜角センサ５１が検出するＸ軸周り傾斜角、Ｙ軸周り傾斜角を０にする代わりに、可視のＬＥＤ光の反射光が円形孔５０ｃ１に貼られた炭素繊維フィルムＣＦの中心孔Ｈ付近で受光するようにする。この方法においては、作業者が直に炭素繊維フィルムＣＦを見ることは困難であるため、Ｘ線回折測定装置１のカメラＣＡと同様のカメラを用意し、測定対象物ＯＢ側から炭素繊維フィルムＣＦに向けて撮影を行うことができるようにすればよい。

【0049】

位置と姿勢の調整が終了すると、作業者は、入力装置９２から「位置・姿勢調整終了」の指令を入力する。これにより、コントローラ９１からの指令がＸ線回折測定装置１内の各回路に出力され、ＬＥＤ光照射は停止し、回転プレート４５は出射Ｘ線の光軸上にはなくなり、カメラＣＡの撮影が停止して表示装置９３から撮影画像はなくなる。そして、指令を入力したタイミングで、コントローラ９１は、撮影画像における可視光の照射点から算出した照射点－撮像面間距離をメモリに記憶する。

【0050】

次に作業者は、入力装置９２から「測定開始」の指令を入力する。これにより、コントローラ９１は図５に示すフローのプログラムをステップＳ１でスタートさせる。以下、図５に示すフローに沿って説明する。ステップＳ２及びステップＳ３は、特許文献１及び特許文献２で説明されているＸ線回折測定装置１の作動と同じであり、Ｘ線を出射してイメージングプレート１５に回折像を撮像し、撮像した回折像を読取り、読取ったデータをコントローラ９１のメモリに保存する処理である。次のステップＳ４も特許文献１及び特許文献２で説明されているＸ線回折測定装置１の作動と同じであり、ＬＥＤ光をイメージングプレート１５に照射して撮像されている回折像を消去する処理であるが、回折像消去のための指令を出力した後、すぐにステップＳ５以降の処理を行うので、ステップ５以降の処理は、回折像の消去と並行して行われる。

【0051】

ステップＳ５にて、コントローラ９１は、メモリに記憶された回折像のデータ、及び予め記憶されている結晶状態と回折像との関係を用いて測定対象物ＯＢの結晶状態を判定する。以下、この演算処理の方法を段階的に説明する。
１）設定された強度以上の箇所を抽出し、近傍位置にあるデータをグループ化する
回折像の読取データは、強度、半径、回転角度の３つのデータからなるデータ群である。このデータ群の中から、強度が設定以上のデータを抽出し、回転角度データが等しく（差が設定内で）、半径データが近傍のデータでグループ化してデータ組にし、そのデータ組における半径方向に強度がピークであるデータを抽出する。次に抽出したデータの中から１つのデータを抽出し、回転角度データが近傍のデータがあれば、そのデータをグループに入れ、グループに入れたデータに回転角度データが近傍のデータがあれば、そのデータをグループに入れ、ということを近傍のデータがなくなるまで繰り返してデータ組にする。次に、データ組のデータ数が所定数以下で、回転角度方向に強度が所定の割合以上で変化している場合は、強度がピークであるデータを抽出する。また、先にデータ組にした中に回転角度方向に強度が所定の割合以上で変化しているデータがある場合は、そのデータを抽出し、残りのデータはデータ組で残す。これにより、回折環はデータ組で、ラウエ斑点像の各斑点はデータで抽出され、また、どちらの回折像か不明のデータ及びデータ組も抽出される。

【0052】

２）回折環のデータ組を抽出する
コントローラ９１のメモリには、Ｘ線管１０のターゲットと測定対象物ＯＢの材質に対応させた特性Ｘ線による回折角が記憶されており、先にＸ線管１０のターゲット及び測定対象物ＯＢの材質が入力されているので、測定対象物ＯＢに照射されたＸ線における回折角を求めることができる。そして、上述したように測定前の位置と姿勢の調整において、カメラＣＡによる撮影画像における可視光の照射点位置から照射点－撮像面間距離が検出されるので、これらの値から理論的に撮像される回折環の半径を算出することができる。この値は、測定対象物ＯＢが無応力のときの回折環の半径であるが、この半径と１）で抽出したデータ組の半径とが予め設定された許容内で一致すれば、それらのデータ組を回折環のデータ組とする。円の形状となるデータ組でなくても、半径が予め設定された範囲内で一致すれば、回折環のデータ組とする。

【0053】

３）ラウエ斑点像のデータを抽出する
コントローラ９１のメモリには、測定対象物ＯＢの材質と結晶面の種類に対応させた照射点－撮像面間距離が基準値であるときのラウエ斑点像の各点の位置データ（半径データと回転角度データ）が記憶されている。照射点－撮像面間距離が変化すれば、ラウエ斑点像は形状が変わらず、各点の中心からの距離が変化するのみであるので、先に測定対象物ＯＢの材質、結晶面の種類が入力されており、照射点－撮像面間距離が検出されていれば、理論上のラウエ斑点像の各点の位置データは算出される。なお、結晶面の種類が入力されていなければ、想定される結晶面の種類ごとに理論上のラウエ斑点像の各点の位置データを算出する。このラウエ斑点像の各点の位置データ（半径データと回転角度データ）と、１）で検出した強度がピークとなるデータの位置データ（半径データと回転角度データ）とを比較し、差が許容内であれば、１）で検出した強度がピークとなるデータはラウエ斑点像のデータとする。また、強度が回転角度方向に同程度であるデータ組の中心点との差が許容内であるデータ組もラウエ斑点像のデータ組とし、中心点をラウエ斑点像のデータとする。そして、結晶面の種類が入力されていなければ、想定される結晶面ごとに上記の処理を行い、差が許容内であるデータ数が最も大きいものを採用する。

【0054】

４）多結晶状態による回折像及び単結晶状態による回折像のそれぞれの割合を算出する
２）で抽出した回折環のデータ組のデータ数を、理論的に撮像される回折環の半径位置に回折環が漏れなく発生した場合のデータ数で除算して「回折環像発生割合」とする。また、２）で抽出されなかったデータの数を、１）で抽出したデータの数で除算して「回折環外の像発生割合」とする。そして、３）で抽出したデータの数を理論上のラウエ斑点像の数で除算した割合を「ラウエ斑点像発生割合」とし、２）で抽出したデータと３）抽出されなかったデータの数を１）で抽出したデータの数で除算した値を「ラウエ斑点像外の像発生割合」とする。

【0055】

５）結晶状態を判定する。
得られた割合の数値から以下のように判定する。
・「回折環像発生割合」が予め定めた限度値Ａ以上あり、「回折環外の像発生割合」が予め定めた限度値Ｂ（０に近い値）以下である場合は、測定対象物ＯＢは完全な多結晶状態（Ｐ）であると判定する。
・「回折環像発生割合」が予め定めた限度値Ａ以上あり、「回折環外の像発生割合」が予め定めた限度値Ｂを超え、予め定めた限度値Ｃ（限度値Ｂより大きい値）以下である場合は、測定対象物ＯＢはほぼ多結晶状態（Ｐ’）であると判定する。
・「ラウエ斑点像発生割合」が予め定めた限度値Ｄ（１に近い値）以上あり、「ラウエ斑点像外の像発生割合」が予め定めた限度値Ｅ（０に近い値）以下である場合は、測定対象物ＯＢは完全な単結晶状態（Ｓ）であると判定する。
・「ラウエ斑点像発生割合」が予め定めた限度値Ｄ以上あり、「ラウエ斑点像外の像発生割合」が予め定めた限度値Ｅを超え、予め定めた限度値Ｆ（限度値Ｅより大きい値）以下である場合は、測定対象物ＯＢはほぼ単結晶状態（Ｓ’）であると判定する。

【0056】

・「回折環像発生割合」が予め定めた限度値Ｇ（限度値Ａより低い値）以上あり、「回折環外の像発生割合」が予め定めた限度値Ｈ（限度値Ｃより大きい値）以下である場合は、測定対象物ＯＢは多結晶割合が多い結晶状態（Ｐｓ）であると判定する。
・「ラウエ斑点像発生割合」が予め定めた限度値Ｉ（限度値Ｄより低い値）以上あり、「ラウエ斑点像外の像発生割合」が予め定めた限度値Ｊ（限度値Ｆより大きい値）以下である場合は、測定対象物ＯＢは単結晶割合が多い結晶状態（Ｓｐ）であると判定する。
・上記のいずれにも該当しない場合は、測定対象物ＯＢは多結晶と単結晶の混在状態（ＰＳ）であると判定する。

【0057】

図６は、測定対象物ＯＢのそれぞれの結晶状態による回折像を示した図である。なお、この回折像は、いずれもＸ線管１０のターゲットをクロムにし、管電圧３０ｋＶでＸ線を測定対象物ＯＢに照射して撮像したものである。（ａ）は、完全な多結晶状態の鉄からなる測定対象物ＯＢの回折像であり、回折環の像のみが強い強度で撮像されている。また、（ｂ）は、鉄とガリウムの合金のインゴットを切り出した測定対象物ＯＢの回折像であり、単結晶状態と多結晶状態が混在する結晶状態であるため、回折環の像とラウエ斑点像とがそれぞれ弱い強度で撮像されている。また、（ｃ）は完全な単結晶状態のシリコンのインゴットから切り出した測定対象物ＯＢの回折像であり、ラウエ斑点像のみが強い強度で撮像されている。（ａ）の結晶状態から（ｂ）の結晶状態に行くにつれ、回折環の像の強度は弱くなりラウエ斑点像が現れるようになり、（ｃ）の結晶状態から（ｂ）の結晶状態に行くにつれ、ラウエ斑点像の強度は弱くなり回折環が現れることがわかる。

【0058】

上述した結晶状態を判定する演算処理は、視覚的には得られた回折像が図６の（ａ）～（ｃ）の回折像のいずれに近いかを判定する演算処理である。なお、先に入力した測定する特性値が多結晶状態に属する特性値であるときは、２）の演算処理により抽出されなかったデータの数の割合が限度値Ｂ（０に近い値）以下であれば、その時点で結晶状態を判定し、３）の演算処理をスキップしてよい。また、先に入力した測定する特性値が単結晶状態に属する特性値であるときは、３）の演算処理を２）の演算処理より先に行い、抽出されなかったデータの数の割合が限度値Ｅ（０に近い値）以下であれば、その時点で結晶状態を判定し、２）の演算処理をスキップしてよい。

【0059】

ステップＳ５の演算処理が終了すると、コントローラ９１は表示装置９３に測定対象物ＯＢの結晶状態を表示する。次にステップＳ６にて測定する特性値が入力されているか判定し、入力されていればＹｅｓと判定してステップＳ１１に行き、入力されていなければＮｏと判定してステップＳ７に行く。以下、入力されていない場合を先に説明する。ステップＳ７にて撮像された回折像を表示し、ステップＳ８にて算出する特性値を設定するよう表示装置９３に表示し、ステップＳ９にて入力装置９２からの入力があるまで待つ。作業者は表示装置９３に表示された結晶状態と回折像を見て算出したい特性値を入力する。ただし、結晶状態を判定することだけが目的の場合や、Ｘ線入射角０の回折像では特性値の算出が不可能な場合（残留応力を算出する場合）は、「算出せず」を入力する。この時は、ステップＳ１０にてＹｅｓと判定されてステップＳ２４でプログラムは終了するので、作業者は最初に戻って測定のための入力と調整を行う。

【0060】

また、算出したい特性値を入力した場合は、ステップＳ１０にてＮｏと判定されてステップＳ６に戻り、ステップＳ６にてＹｅｓと判定されてステップＳ１１へ行く。よって、最初から測定する特性値が設定されていた場合も、後から測定する特性値を設定した場合でもステップＳ１１へ行くことになる。ステップＳ１１にて、結晶状態の判定結果と測定する特性値とを比較し、演算可能であるか否か判定する。このとき、結晶状態が図４の多結晶が多い状態（Ｐｓ）から左側の状態（Ｐ，Ｐ’Ｐｓ）で単結晶に属する特性値（結晶面の種類又は結晶方位）が設定されていた場合、又は結晶状態が図４の単結晶が多い状態（Ｓｐ）から右側の状態（Ｓ，Ｓ’Ｓｐ）で多結晶による特性値（残留応力、表面硬さ、又は結晶の配列構造の割合）が設定されていた場合は、Ｎｏ（演算不可能）と判定してステップＳ１２へ行く。そして、ステップＳ１２にて表示装置９３に測定不能である表示と回折像を表示してプログラムはステップＳ２４で終了する。

【0061】

ステップＳ１１にて、上述した以外の関係であればＹｅｓ（演算可能）と判定してステップＳ１３へ行く。次にステップＳ１３にてＸ線照射条件を変更して再測定する必要性を判定する。このとき結晶状態の判定結果が完全な多結晶状態（Ｐ）、ほぼ多結晶状態（Ｐ’）完全な単結晶状態（Ｓ）又はほぼ単結晶状態（Ｓ’）であれば、Ｎｏ（再測定不要）と判定してステップＳ１５にて演算を行い、算出した特性値と回折像を表示装置９３に表示してプログラムはステップＳ２４にて終了する。なお、多結晶状態による回折像（回折環の像）から特性値として残留応力、表面硬さ、及び結晶の配列構造の割合を計算する方法は既存技術であり、例えば特許第４２７６１０６号公報、特許第６０６６９７０号公報及び特許第５２９９４７４号公報の明細書に詳細に示されている。また、単結晶状態による回折像（ラウエ斑点像）から特性値として結晶面の種類及び結晶方位を計算する方法も既存技術であり、多くの文献に計算方法が示されている。なお、結晶面の種類は先に入力装置９２から入力されているか、結晶状態の判定で既に判定されている。

【0062】

ステップＳ１３にて、結晶状態の判定結果が、多結晶割合が多い状態（Ｐｓ）、多結晶と単結晶が混在状態（ＰＳ）又は単結晶割合が多い状態（Ｓｐ）であるときはＮｏ（再測定必要）と判定してステップＳ１５に行く。そして、ステップＳ１５にて回折像の表示と、測定不可能なため再測定が必要であることを表示し、再測定する際に推奨する管電圧とＸ線照射時間又は管電流を表示する。このとき、測定する特性値が多結晶状態に属するときは、管電圧としてＸ線管１０の特性から定まる最大の管電圧と、その管電圧のときに適切な強度の回折像が得られるＸ線照射時間又は管電流を表示する。また、測定する特性値が単結晶状態に属するときは、励起電圧と単結晶による回折像が発生する最小の管電圧と、その管電圧のときに適切な強度の回折像が得られるＸ線照射時間又は管電流を表示する。作業者は表示された推奨のＸ線照射条件を見て、再測定の際の管電圧並びにＸ線照射時間又は管電流を入力装置９２から入力する。

【0063】

Ｘ線照射条件を変更することで、それぞれの結晶状態による回折像の相対的強度を変えることができるのは、以下の説明による。Ｘ線管は管電圧を上げていくと特性Ｘ線も連続Ｘ線も強くなっていくが、特性Ｘ線の方が連続Ｘ線よりも強度変化の割合が大きい。よって、管電圧をＸ線管１０の特性から定まる最大の電圧以下にし、Ｘ線照射時間又は管電流を回折像全体の強度が適切になるよう小さくすれば、多結晶による回折像（回折環の像）が単結晶による回折像（ラウエ斑点像）よりも強い回折像を得ることができる。また、管電圧には、電圧を下げていくと、出射するＸ線のスペクトルに特性Ｘ線が発生しなくなる管電圧である励起電圧があり、単結晶による回折像（ラウエ斑点像）が発生する最小の管電圧がある。よって、管電圧を励起電圧以下で単結晶による回折像（ラウエ斑点像）が発生する最小の電圧以上にして、Ｘ線照射時間又は管電流を回折像全体の強度が適切になるよう大きくすれば、単結晶による回折像（ラウエ斑点像）のみの回折像を得ることができる。ただし、励起電圧より単結晶による回折像が発生する最小の電圧が大きい場合が多くあり、そのような場合は、管電圧を該最小の電圧以上にすると励起電圧より大きくすることになるが、単結晶による回折像（ラウエ斑点像）が多結晶による回折像（回折環の像）よりも強い回折像を得ることができる。

【0064】

励起電圧は、Ｘ線管１０のターゲットごとに定まっており、例えばクロムでは６．０ｋＶ、コバルトでは７．７ｋＶ、銅では９．０ｋＶ、モリブデンでは２０．０ｋＶである。この数値はターゲットごとにコントローラ９１のメモリに記憶されており、Ｘ線回折測定装置１に装着されているＸ線管１０のターゲットの情報はＸ線管１０を交換するごとに作業者が入力装置９２から入力してメモリに記憶されるので、コントローラ９１は励起電圧を表示することができる。また、単結晶による回折像（ラウエ斑点像）が発生する最小の管電圧は、測定対象物ＯＢの材質ごとに定まっており、例えば鉄では１２ｋＶ、ニッケルでは９ｋＶ、シリコンでは７ｋＶである。この数値も測定対象物ＯＢの材質ごとにコントローラ９１のメモリに記憶されており、測定開始時に作業者は入力装置９２から測定対象物ＯＢの材質を入力するので、コントローラ９１は単結晶による回折像が発生する最小の管電圧を表示することができる。

【0065】

図７は、ターゲットがモリブデンのとき、管電圧を変化させたときのＸ線管１０が出射するＸ線のスペクトルを示した図である（「Ｘ線構造解析」著者；早稲田嘉夫、松原英一郎、出版社；内田老確圃の図１．３を引用）。図７を見ると分かるように、管電圧が２０ｋＶ以下になると特性Ｘ線が発生しなくなることが分かる。そして、管電圧を下げていくとＸ線スペクトルの立ち上がりの波長が大きい側に移動していくことも分かる。上記のように、ターゲットがモリブデンのとき励起電圧は他のターゲットのときよりも大きいが、これはターゲットがモリブデンのとき、他のターゲットよりも特性Ｘ線の波長が小さく、Ｘ線スペクトルの立ち上がりの波長に近い波長で特性Ｘ線が発生するためである。すなわち、管電圧を下げていきＸ線スペクトルの立ち上がりの波長が大きい側に移動していくと、管電圧が大きい段階でＸ線スペクトルの立ち上がりの波長が特性Ｘ線の波長に達するためである。他のターゲットにおいては、特性Ｘ線は図７よりも大きい波長で出るため、モリブデンのときよりも励起電圧は小さくなっている。

【0066】

また、単結晶状態による回折像（ラウエ斑点像）の各斑点が発生するのは、測定対象物ＯＢの材質の格子定数とミラー指数から定まる回折面間隔、回折面に対するＸ線入射角及びＸ線の波長がブラッグの条件を満たすときである。言い換えると、ラウエ斑点像全体が発生するのは、連続Ｘ線の波長範囲が測定対象物ＯＢの材質により定まる波長範囲にあるときである。よって、管電圧を下げていきＸ線スペクトルの立ち上がりの波長が大きい側に移動していくと、単結晶状態による回折像（ラウエ斑点像）の斑点は次第に消えていき、最終的には全く発生しなくなる。単結晶による回折像が発生する最小の管電圧とは、管電圧を下げていったとき単結晶状態による回折像（ラウエ斑点像）が消え始める管電圧である。

【0067】

図５のフローに戻り、ステップＳ１５にて表示がされると、次のステップＳ１６にて、作業者が入力装置９２から再測定の有無とＸ線照射条件を入力するまでＮｏを繰り返して待ち、入力がされると、ステップＳ１６にてＹｅｓと判定してステップＳ１７へ行き、ステップＳ１７にて再測定することが選択されたか否かが判定される。再測定することが選択されなかった場合は、Ｎｏと判定してステップＳ１８へ行き、ステップＳ１８にてステップＳ５の演算処理にて抽出された多結晶状態による回折像のデータと単結晶状態による回折像のデータの中から、特性値の演算に必要なデータを選択して特性値の演算を行い、表示装置９３に結果を表示してプログラムはステップＳ２４にて終了する。この演算は、回折像のデータが少ないためステップＳ１４での演算の結果よりも精度が悪い可能性が高い。また、演算に用いる回折像データが少なく、演算が不可能であると判定したときは、表示装置９３に演算不可能の表示をする。

【0068】

一方、ステップＳ１７にて再測定することが選択された場合は、Ｙｅｓと判定して、ステップＳ１９へ行き、ステップＳ１９にてステップＳ４で開始したイメージングプレート１５に撮像された回折像の消去が完了するのをＮｏの判定を繰り返すことで待つ。回折像の消去が完了すると、Ｙｅｓと判定してステップＳ２０へ行き、ステップＳ２０及びステップＳ２１にて、ステップＳ２及びステップＳ３と同様に回折像の撮像と撮像した回折像の読取りを行う。なお、ステップＳ２０にてＸ線制御回路７１へＸ線照射の指令を出力する前に、新たに設定した管電圧及び管電流が出力されている。

【0069】

次にステップＳ２２にてステップＳ４と同様に撮像された回折像の消去を開始し、ステップＳ２３にて、得られた回折像データからステップＳ５にて行った結晶状態の判定のときよりも大きく設定した強度以上の箇所を抽出し、ステップＳ５にて行った結晶状態の判定のときの演算処理と同様の演算処理を行う。この判定結果が、完全な多結晶状態（Ｐ）、ほぼ多結晶状態（Ｐ’）、完全な単結晶状態（Ｓ）又はほぼ単結晶状態（Ｓ’）のいずれかであるときは、ステップＳ１３にてＮｏと判定してステップＳ１４にて上述した計算を行い、表示装置１４にて計算結果の表示と回折像の表示を行い、ステップＳ２４にてプログラムを表示する。また、ステップＳ２３にて判定結果が、上記の結晶状態でなかったときは、Ｙｅｓと判定してステップＳ１５にて1回目の測定と同様に、測定不可能なため再測定が必要であることの表示と推奨する管電圧とＸ線照射時間又は管電流を表示する。作業者は、さらにＸ線照射条件を変更して再測定するか、再測定しないを選択して得られた回折像で演算をするかのいずれかを選択して入力する。このようにして、いずれの場合も最終的にはステップＳ２４に行きステップＳ２４にてプログラムは終了し、Ｘ線回折測定システムは測定前と同じ状態に戻る。

【0070】

なお、再測定しないを選択して「測定不能」が表示された場合や、測定結果は表示されたが精度が悪いと判断した場合は、Ｘ線回折測定装置１に装着されたＸ線管１０を別のターゲットのＸ線管１０に交換し、Ｘ線管１０が出射するＸ線を演算に用いる回折像が強くなるＸ線にして、再測定を行ってもよい。例えば、多結晶状態による回折像を強くするときは、励起電圧がより小さく、測定対象物の材質にとって撮像面の適切な箇所に多結晶状態による回折像が撮像されるターゲットのＸ線管を装着し、励起電圧を十分超える管電圧でＸ線を出射すればよい。また、単結晶状態による回折像を強くするときは、励起電圧がより高いターゲットのＸ線管１０を装着し、励起電圧未満の管電圧でＸ線を出射すれば、連続Ｘ線のみの（特性Ｘ線がない）Ｘ線を出射することができるので、単結晶状態による回折像のみを検出することができる。また、単結晶状態による回折像を強くするときは、特性Ｘ線の波長と強度が、測定対象物ＯＢの材質に対して多結晶状態による回折像が撮像面に発生しない（又は弱い）ターゲットのＸ線管１０を装着し、高い管電圧でＸ線を出射する方法もある。

【0071】

Ｘ線管１０のターゲットごとのＸ線スペクトル、励起電圧及び特性Ｘ線の波長は、コントローラ９１のメモリに記憶されており、作業者は表示装置９３にその特性を表示させることができる。励起電圧は段落００６４に記載した通りであり、特性Ｘ線の波長は、例えばクロムではＫα線は２．２９Å、Ｋβ線は２．０９Å、コバルトではＫα線は１．７９Å、Ｋβ線は１．６２Å、銅ではＫα線は１．５４Å、Ｋβ線は１．３９Å、モリブデンではＫα線は０．７１Å、Ｋβ線は０．６３Å、タングステンではＫα線は０．２１Å、Ｋβ線は０．１８Åである。

【0072】

上記説明からも理解できるように、上記実施形態においては、対象とする測定対象物ＯＢに向けてＸ線を出射するＸ線管１０，貫通孔２６ａ，２８ａ，２７ｂ，２７ａ１，１７ａ，１８ａ、Ｘ線制御回路７１及び高電圧電源９５等からなるＸ線出射手段と、Ｘ線出射手段により測定対象物ＯＢに向けてＸ線が照射された際、測定対象物ＯＢにて発生した回折Ｘ線を、Ｘ線出射手段により出射されるＸ線の光軸に対して垂直に交差するイメージングプレート１５にて受光し、イメージングプレート１５に回折Ｘ線の回折像を撮像するとともに回折像を検出するレーザ検出装置３０、テーブル駆動機構２０、各種回路、及びコントローラ９１にインストールされたプログラム等からなる回折像検出手段とを備えたＸ線回折測定システムにおいて、電子を加速するための電圧である管電圧、並びにＸ線管１０から出射されるＸ線の出射時間又はＸ線管１０のターゲットに当てる電子の量である管電流を設定するＸ線制御回路７１及びコンピュータ装置９０等からなるＸ線出射条件設定手段と、回折像検出手段にて検出した回折像を、回折像のそれぞれの箇所に回折Ｘ線の強度を視覚的に確認できる処置をしたうえで表示する表示装置９３とを備え、Ｘ線出射手段は、Ｘ線管１０の取外しと装着が可能になっている。

【0073】

これによれば、測定の結果、表示装置９３に表示された回折像が多結晶状態による回折像と単結晶状態による回折像とが混在する回折像であっても、Ｘ線出射条件設定手段によりＸ線の出射条件を変更することで、多結晶状態による回折像又は単結晶状態による回折像の一方の回折像の強度が相対的に強くなるようにして、再度回折像の撮像を行うことができる。これにより、演算に必要な回折像を抽出したうえで演算処理を行うことができるようになるので、測定対象物ＯＢの特性値を精度よく測定することができる。また、これによれば、Ｘ線回折測定装置１はＸ線管１０の取外しと装着が可能になっているので、Ｘ線回折測定装置１に装着されるＸ線管１０として様々なターゲットのＸ線管１０を選択して装着することができる。すなわち、Ｘ線管１０が出射するＸ線において、同じ管電圧でも、特性Ｘ線の強度が強いターゲットのＸ線管１０、或いは特性Ｘ線の強度が弱い（又はなくなる）ターゲットのＸ線管１０を選択して装着することができる。これにより、多結晶状態による回折像が相対的に強くなるようにすることや、単結晶状態による回折像が相対的に強くなるように（又は単結晶状態による回折像のみに）することができる。これにより、Ｘ線出射条件の変更と合わせれば、演算に必要な回折像がさらに強くなるようにして再度回折像の撮像と検出を行うことができる。

【0074】

また、上記実施形態においては、測定対象物ＯＢの材質における結晶状態と回折像との関係が予め記憶されているコントローラ９１のメモリと、回折像検出手段が検出した回折像と該メモリに記憶されている関係とを用いて、測定対象物ＯＢの結晶状態が、完全な単結晶状態、完全な多結晶状態、及び単結晶状態と多結晶状態が混在し、それぞれの状態の割合により分類された複数の状態のいずれに該当する状態であるか判定するコントローラ９１にインストロールされた結晶状態判定用プログラムとを備えている。

【0075】

これによれば、作業者が表示装置９３に表示された回折像を確認せずとも、作業者が結晶状態判定用プログラムによる判定結果を見れば測定対象物ＯＢの結晶状態を把握することができ、その結晶状態から測定対象物ＯＢの特性値の演算がそのまま実施可能か、Ｘ線出射条件を変更して再度回折像の撮像を行う必要があるかを決定することができる。

【0076】

また、上記実施形態においては、回折像検出手段により検出された回折像から演算する特性値を設定する入力装置９２及びコントローラ９１と、コントローラ９１に設定されるそれぞれの特性値が演算可能である結晶状態が予め定められ、結晶状態判定用プログラムにより判定された結晶状態が、コントローラ９１に設定された特性値が演算可能な結晶状態であるとき、回折像検出手段により検出された回折像から、コントローラ９１に設定された特性値を演算する演算プログラムとを備えている。

【0077】

これによれば、結晶状態判定用プログラムにより判定された結晶状態が完全な多結晶状態、完全な単結晶状態又はそれらに近い状態であれば、最初に演算する特性値を設定しておき、その特性値が属する結晶状態が測定対象物ＯＢの結晶状態に合致しているときは、結晶状態の判定からそのまま特性値の演算を行うことができるので、作業者が余計な判断をする必要をなくすことができる。特に、測定対象物ＯＢの結晶状態が完全な多結晶状態又は完全な単結晶状態のいずれかである可能性が高いときは、この特徴点は有効である。

【0078】

また、本発明の他の特徴は、結晶状態判定用プログラムにより判定された結晶状態が、コントローラ９１に設定された特性値が演算不可能な結晶状態であるとき、測定不可能を示すとともに、Ｘ線出射条件設定手段が設定すべきＸ線出射条件として、設定された特性値が属する結晶状態が多結晶状態であるときは、Ｘ線管１０の特性より定まる最大の管電圧を、設定された特性値が属する結晶状態が単結晶状態であるときは、Ｘ線管１０のターゲットから定まる励起電圧及び測定対象物ＯＢの材質から定まる単結晶状態による回折像が発生する最小の管電圧を示すコントローラ９１にインストロールされた推奨設定値表示用プログラムを備えている。

【0079】

これによれば、測定の結果、測定不可能であったときは、推奨設定値表示用プログラムが示した管電圧を基にＸ線出射条件を変更し、演算に必要な回折像を強くなるようにして再度回折像の撮像と検出を行うことができるので、検出された結晶状態や表示された回折像からＸ線出射条件を変更するよりも効率よく変更を行うことができる。よって、測定対象物ＯＢの結晶状態が不確かな場合が多いときは、より効率よく測定を行うことができる。

【0080】

さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

【0081】

上記実施形態におけるＸ線回折測定システムは、コントローラ９１にインストールされたプログラムにより自動で作動し、結晶状態の判定、測定可能か否かの判定及び特性値の演算を行うとともに、作業者による入力が必要なときは表示装置９３に入力の指示を表示するようにしたが、Ｘ線回折測定システムは、回折像の撮像、検出、消去と特性値の演算と演算結果及び回折像の表示までを自動で行うシステムにし、Ｘ線出射条件を設定可能にする機能とＸ線管１０を交換可能にする機能を付加するのみにしてもよい。このシステムの場合は、作業者が得られた回折像を見て、多結晶状態による回折像又は単結晶状態による回折像のいずれか一方の強度を強くすべきと判断したときは、上記実施形態のようにＸ線出射条件を変更し、必要であればＸ線管１０を交換して再測定を行うようにすればよい。

【0082】

また、そのようなＸ線回折測定システムにした場合、測定対象物ＯＢの結晶状態によらず、単結晶状態に属する特性値を測定するときは、なるべく励起電圧の高いターゲットのＸ線管１０を装着し、励起電圧未満の管電圧でＸ線を出射すれば、連続Ｘ線のみの（特性Ｘ線がない）Ｘ線を出射することができるので、単結晶状態による回折像のみを検出することができ、再測定する必要をなくすことができる。また、測定対象物ＯＢの結晶状態によらず、多結晶状態に属する特性値を測定するときは、なるべく励起電圧が小さく、測定対象物ＯＢの材質にとって撮像面の適切な箇所に多結晶状態による回折像が撮像されるターゲットのＸ線管１０を装着し、励起電圧を十分超える管電圧でＸ線を出射すれば、多結晶状態による回折像を強い強度で検出することができ、再測定する必要をなくすことができる。

【0083】

また、そのようなＸ線回折測定システムにした場合、測定対象物ＯＢの結晶状態によらず、単結晶状態に属する特性値を測定するときは、特性Ｘ線の波長と強度が、測定対象物ＯＢの材質に対して多結晶状態による回折像がイメージングプレート１５に発生しないか、発生しても強度が弱い特性Ｘ線であるターゲットのＸ線管１０を装着し、高い管電圧でＸ線を出射する方法もある。これによっても、単結晶状態による回折像のみを検出することができ、再測定する必要をなくすことができる。

【0084】

また、上記実施形態におけるＸ線回折測定システムは、コントローラ９１にインストールされている演算プログラムにより回折像データを処理することで、測定対象物ＯＢの特性値を算出して表示装置９３に表示するようにした。しかし、コントローラ９１は回折像を表示装置９３に表示させるまでにし、コントローラ９１のメモリに記憶された回折像データを、別のコンピュータ装置に転送し、別のコンピュータ装置により処理して測定対象物ＯＢの特性値を算出するようにしてもよい。この場合、転送する方法は、作業者が持ち運び可能な記憶媒体をコントローラ９１と別のコンピュータ装置にそれぞれセットしてデータを移す方法や、ネット回線を用いる方法等、様々な方法がある。

【0085】

また、上記実施形態においてはＸ線回折測定装置１から出射されるＸ線が測定対象物ＯＢに垂直に照射されるよう測定対象物ＯＢとＸ線回折測定装置１の姿勢を調整し、測定する特性値は、残留応力以外の特性値か設定なしであるとした。しかし、測定対象物ＯＢが多結晶状態である可能性が高く、測定する特性値が残留応力であるときは、Ｘ線回折測定装置１から出射されるＸ線は、先行技術文献の特許文献１及び特許文献２に示されるＸ線回折測定装置のように所定の入射角で、測定対象物ＯＢに入射されるようにする。その場合は、測定対象物ＯＢを水準器で水平にし、傾斜角センサ５１が検出するＸ軸周り傾斜角を所定の入射角にし、Ｙ軸周り傾斜角を０にすればよい。又は、先行技術文献の特許文献１及び特許文献２に示されるＸ線回折測定装置のようにカメラＣＡの撮影画像における照射点および受光点を十字マークのクロス点に合致させればよい。

【0086】

また、上記実施形態におけるＸ線回折測定システムは、測定対象物ＯＢの結晶状態を、完全な多結晶状態から完全な単結晶状態までの間を７つの状態で分類したが、分類の数はこれよりも多くてもよいし少なくてもよい。また、測定対象物ＯＢが完全な多結晶状態又は完全な単結晶状態が明白であるときは、完全な多結晶状態、完全な単結晶状態及び混合状態の３つの状態に分類し、結晶状態の異常の有無を判定するのみにしてもよい。

【0087】

また、上記実施形態及び変形形態におけるＸ線回折測定システムは、回折像の読取データは、強度、半径、回転角度の３つのデータからなるデータ群であり、半径及び回転角度は位置検出回路７２及び回転角度検出回路７５が出力するデータであるとした。しかし、演算に必要な回折像の抽出及び特性値の算出をより精度よく行うため、半径及び回転角度に得られたデータを補正したデータを用いるようにしてもよい。詳細に説明すると、位置データである半径及び回転角度データの座標原点は、出射Ｘ線の光軸がイメージングプレート１５の表面と交差する点である。しかし、レーザ検出装置３０のレーザ光の照射点の移動ラインが完全に該交差する点を含んでおり、さらにスピンドルモータ２７の回転軸が出射Ｘ線の光軸と完全に一致していることはないので、得られたデータの座標原点は正式な座標原点（該交差する点）からややずれがある。また、イメージングプレート１５の表面は出射Ｘ線の光軸に完全に垂直になっていないので、半径及び回転角度データにはこの傾きによるずれもある。よって、半径及び回転角度データは、得られたデータからこのずれ分を補正したデータを用いればより精度のよい測定をすることができる。この補正方法については特許第５５２２４１１号公報に詳細に説明されている。

【0088】

また、上記実施形態及び変形形態におけるＸ線回折測定装置１は、イメージングプレート１５に回折像を撮像し、レーザ走査により撮像した回折像を読取る装置としたが、回折像を検出することができるならば、どのようなＸ線回折測定装置であっても、本発明は適用することができる。例えば、撮像面にＸ線ＣＣＤのような固体撮像素子を並べたＸ線回折測定装置であっても適用することができるし、微小な固体撮像素子を移動位置検出とともに撮像面内で走査するＸ線回折測定装置であっても適用することができる。

【0089】

また、上記実施形態及び変形形態におけるＸ線回折測定システムは、対象物セット装置６のステージＳｔに測定対象物ＯＢを載置し、対象物セット装置６の操作子６３ａ，６５ａ，６６ａ，６７ａ，６８ａを操作して、Ｘ線回折測定装置１に対する測定対象物ＯＢの位置と姿勢を調整するシステムとしたが、Ｘ線回折測定装置１に対する測定対象物ＯＢの位置と姿勢を調整できるならば、どのようなシステムであっても本発明は適用することができる。例えば、測定対象物ＯＢを固定した台に載置し、Ｘ線回折測定装置１をアーム式移動装置の先端に取り付けて、位置と姿勢を調整できる装置であっても適用することができる。

【0090】

また、上記実施形態及び変形形態におけるＸ線回折測定システムは、出射Ｘ線と同じ光軸の可視光を照射し、カメラＣＡで撮影した撮影画像の可視光の照射点位置から照射点―撮像面間距離を検出するようにしたが、照射点―撮像面間距離を精度よく検出できるならば、測定手段はどのような原理及び方式のものであってもよい。例えば、出射Ｘ線と同じ光軸のレーザ光を照射して反射光を受光し、タイムオブフライトの測定原理を用いて照射点―撮像面間距離を検出してもよい。

【符号の説明】

【0091】

１…Ｘ線回折測定装置、２…設置プレート、３…支持ロッド、６…対象物セット装置、１０…Ｘ線管、１１…出射口、１５…イメージングプレート、１５ａ…孔、１６ａ，１７ａ，１８ａ，２１ａ，２７ａ１，２７ｂ、２８ａ…貫通孔、１６…テーブル、１７…突出部、１８…固定具、１９…ブロック、２０…テーブル駆動機構、２１…移動ステージ、２２…フィードモータ、２３…スクリューロッド、２４…軸受部、２５…ガイド、２６…板状プレート、２７…スピンドルモータ、２８…通路部材、２９…ブロック、３０…レーザ検出装置、４３…ＬＥＤ光源，４４…ＬＥＤ光源、４５…回転プレート、４６…モータ、４７ａ，４７ｂ…ストッパ、４８…結像レンズ、４９…撮像器、５０…筐体、５０ａ…底面壁、５０ｂ…前面壁、５０ｃ…切欠き部壁、５０ｃ１…円形孔、５０ｄ…繋ぎ壁、５０ｅ…後面壁、５０ｆ…上面壁、５０ｇ…傾斜壁、５１…傾斜角センサ、９０…コンピュータ装置、９１…コントローラ、９２…入力装置、９３…表示装置、ＯＢ…測定対象物、ＣＡ…カメラ、Ｓｔ…ステージ、ＣＦ…炭素繊維フィルム、Ｈ…中心孔

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】